嚴(yán) 超 陳緒龍 郝士林

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)采用復(fù)合制導(dǎo)體制。捷聯(lián)慣導(dǎo)+目標(biāo)信息指令修正+主動(dòng)雷達(dá)末制導(dǎo)是一種先進(jìn)復(fù)合制導(dǎo)體制。導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭在制導(dǎo)末段開機(jī)截獲目標(biāo)，能否截獲目標(biāo)是系統(tǒng)最終能否命中目標(biāo)的重要前提，因此分析各種誤差源[1]對(duì)中、末制導(dǎo)交班概率的影響[2]，協(xié)調(diào)并分配相關(guān)分系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)，就成為武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工作。

本文基于上述的復(fù)合制導(dǎo)體制，建立了武器系統(tǒng)模型，分析各種誤差源對(duì)中、末制導(dǎo)交班概率的影響，并在建立系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了仿真分析。

1 武器系統(tǒng)末制導(dǎo)交接班模型

武器系統(tǒng)主戰(zhàn)裝備由探測(cè)傳感器、火力分配車(集成中制導(dǎo)指令機(jī))、導(dǎo)彈發(fā)射車(可配置多部)及導(dǎo)彈組成。

探測(cè)傳感器探測(cè)空中目標(biāo)的三坐標(biāo)位置、速度等信息并上報(bào)火力分配車；火力分配車指控系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)分配并控制導(dǎo)彈準(zhǔn)備、發(fā)射；導(dǎo)彈在發(fā)射后利用捷聯(lián)平臺(tái)測(cè)量和計(jì)算自身運(yùn)動(dòng)參數(shù)，通過(guò)無(wú)線電通道接收地面指令機(jī)(集成在火力分配車上)發(fā)送的目標(biāo)更新信息指令，計(jì)算出與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以一定的導(dǎo)引律飛向目標(biāo)，當(dāng)彈目距離一定時(shí)，導(dǎo)引頭開機(jī)截獲目標(biāo)[3]，成功截獲后即可轉(zhuǎn)入末制導(dǎo)。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 武器系統(tǒng)工作原理

為了便于建模，提出以下假設(shè)：

1)中制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈路穩(wěn)定可靠，導(dǎo)彈可接收每一幀制導(dǎo)數(shù)據(jù)；

2)導(dǎo)彈末制導(dǎo)尋的器框架角很大，可偏離彈軸方向進(jìn)行任意指向預(yù)置；

3)導(dǎo)彈末制導(dǎo)尋的器視場(chǎng)為圓錐形，作用距離為Rsmax，視場(chǎng)角度為φsmax；

4)交接班時(shí)，彈上計(jì)算機(jī)需要根據(jù)導(dǎo)彈和目標(biāo)位置計(jì)算出導(dǎo)引頭波束指向[4]。假設(shè)目標(biāo)真實(shí)位置為T,雷達(dá)測(cè)量點(diǎn)位置T′；導(dǎo)彈真實(shí)位置為M,導(dǎo)彈捷聯(lián)慣導(dǎo)解算的導(dǎo)彈位置為M′；M′T′為導(dǎo)彈根據(jù)彈目位置計(jì)算的波束預(yù)置的指向；MTT為雷達(dá)波束的實(shí)際指向，假設(shè)導(dǎo)彈姿態(tài)無(wú)誤差，其與M′T′平行；RTh為交接時(shí)刻導(dǎo)彈目標(biāo)相對(duì)距離；σTh為交接時(shí)刻目標(biāo)點(diǎn)的航向視線角偏差；qTh為交接時(shí)刻目標(biāo)點(diǎn)的俯仰視線角偏差。

對(duì)于主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭，目標(biāo)的截獲含目標(biāo)的距離截獲、角度截獲和速度截獲。導(dǎo)引頭截獲目標(biāo)概率Pm為

Pm=PDPαPv

(1)

其中，PD為距離截獲概率，在彈載設(shè)備工作正常條件下通常認(rèn)為等于1；Pα為角度截獲概率；Pv為速度截獲概率，可以忽略此概率的影響，直接取1。

圖2 中、末制導(dǎo)交接班模型

2 中末制導(dǎo)交接班的主要誤差源分析及仿真設(shè)計(jì)

在不考慮導(dǎo)彈姿態(tài)誤差的前提下，影響中末制導(dǎo)交接班的因素主要有目標(biāo)位置精度、捷聯(lián)慣導(dǎo)解算的導(dǎo)彈位置精度(內(nèi)彈道精度)以及尋的器指向預(yù)置精度[5]。通常情況下，尋的器指向預(yù)置精度較高，可忽略不計(jì)。

影響目標(biāo)位置精度的主要因素包括：

1)探測(cè)平臺(tái)的定位定向誤差；

2)發(fā)射平臺(tái)的定位誤差；

3)探測(cè)平臺(tái)對(duì)目標(biāo)的測(cè)量誤差(包含調(diào)平帶來(lái)的誤差)；

4)目標(biāo)機(jī)動(dòng)誤差(暫不考慮)；

5)影響導(dǎo)彈捷聯(lián)慣解算的導(dǎo)彈位置精度主要因素包括：導(dǎo)彈初始對(duì)準(zhǔn)誤差，包括發(fā)射平臺(tái)尋北誤差、裝配誤差(含慣導(dǎo)與發(fā)射架安裝誤差、發(fā)射筒與發(fā)射架安裝誤差、導(dǎo)彈與發(fā)射筒安裝誤差等)；

6)彈載慣性器件的測(cè)量誤差，主要包括加速度計(jì)、陀螺的測(cè)量誤差。

隨著慣性器件及相關(guān)算法的發(fā)展，對(duì)于飛行時(shí)間較短的中近程導(dǎo)彈彈載慣性器件的測(cè)量誤差帶來(lái)的捷聯(lián)慣導(dǎo)解算誤差可忽略不計(jì)。

圖3 中末制導(dǎo)交班誤差累積過(guò)程

采用蒙特卡洛(Monte Carlo)方法，對(duì)交班概率進(jìn)行分析。具體分析過(guò)程主要包含4個(gè)步驟：

1)根據(jù)設(shè)定作戰(zhàn)場(chǎng)景，產(chǎn)生目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的真實(shí)坐標(biāo)，根據(jù)作戰(zhàn)的實(shí)際流程，在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)上引入隨機(jī)生成的誤差，計(jì)算目標(biāo)真值和無(wú)線電修正信息；

2)根據(jù)無(wú)線電修正信息和設(shè)定的遇靶距離，計(jì)算導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)機(jī)，引入隨機(jī)生成的誤差，然后計(jì)算到交班位置時(shí)導(dǎo)彈通過(guò)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)獲得自己的位置、速度和姿態(tài)信息及這些信息的真值；

3)根據(jù)前兩步的結(jié)果，計(jì)算是否滿足成功交班條件；

4)多次重復(fù)1～3步，統(tǒng)計(jì)成功交班概率。

主要誤差模型如下：

1)平臺(tái)定位誤差：圓概率分布；

2)平臺(tái)定向誤差：高斯隨機(jī)分布；

3)雷達(dá)測(cè)量誤差：高斯隨機(jī)分布(加噪聲后濾波處理，符合實(shí)際)；

4)裝配對(duì)準(zhǔn)誤差：取指標(biāo)最大值。

3 仿真分析

在不同系統(tǒng)誤差的配置下，使遭遇點(diǎn)距離發(fā)射車基本一致，采用Monte Carlo方法進(jìn)行100次仿真，統(tǒng)計(jì)分析各種狀態(tài)下的交接班概率。

從表1中分析可以看出，相同條件下，目標(biāo)角度測(cè)量誤差、導(dǎo)彈對(duì)準(zhǔn)誤差及雷達(dá)車尋北誤差是影響交接班概率主要誤差源；載體的定位誤差、目標(biāo)距離誤差對(duì)交接班概率影響不大。

相同條件下，導(dǎo)引頭威力越遠(yuǎn)、波束越寬，波束空間覆蓋區(qū)域越大，交接班概率越高，對(duì)地面設(shè)備誤差精度要求越低。

表1 不同條件下仿真結(jié)果

序號(hào)12345678陣地配置兩車距離/km000000010F車方位角/(°)00000000定位誤差/m555520555高程誤差/m1010101020101010S車尋北誤差/(°)0.120.120.120.120.120.30.120.12F車尋北誤差/(°)0.060.060.060.060.060.20.060.06開機(jī)時(shí)目標(biāo)與S車距離/km54.554.554.554.554.554.554.564.3

續(xù)表

序號(hào)12345678導(dǎo)彈飛行距離/km51.351.351.151.151.351.351.150.9高程/km1010101010101010方位角/(°)202020202020200航路捷徑/km44444440速度/(m·s-1)300300300300300300300300雷達(dá)參數(shù)掃描周期/s44444444距離隨機(jī)/m60606010060606060方位誤差/(°)0.30.40.30.30.30.30.30.3仰角誤差/(°)0.30.40.30.30.30.30.30.3發(fā)射架配置俯仰角/(°)5050505050505050離軸角/(°)55555555方位失準(zhǔn)角/(°)0.30.30.40.30.3000俯仰失準(zhǔn)角/(°)0.30.30.40.30.3000中末交班參數(shù)配置導(dǎo)引頭開機(jī)距離1212121212121512波束寬度/(°)3.53.53.53.53.53.53.53.5交接班概率96 81849596879988

圖4 序號(hào)1仿真結(jié)果

圖5 序號(hào)2仿真結(jié)果

圖6 序號(hào)3仿真結(jié)果

圖7 序號(hào)4仿真結(jié)果

圖8 序號(hào)5仿真結(jié)果

圖9 序號(hào)6仿真結(jié)果

圖10 序號(hào)7仿真結(jié)果

圖11 序號(hào)8仿真結(jié)果

相同條件下，交接班時(shí)目標(biāo)離雷達(dá)越遠(yuǎn)，角偏差折合的目標(biāo)線偏差越大，折合到導(dǎo)引頭視場(chǎng)的角偏差也越大，交接班概率越低，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮陣地布置帶來(lái)的誤差鏈放大問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于捷聯(lián)慣導(dǎo)+目標(biāo)信息修正+主動(dòng)雷達(dá)末制導(dǎo)的復(fù)合制導(dǎo)體制，分析了影響中末、制導(dǎo)交接班概率的主要誤差源，并在建立系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)幾種不同誤差配置情況進(jìn)行了仿真對(duì)比。但主要考慮了角度截獲，距離截獲與速度截獲概率取作定值，這些都有待于進(jìn)一步完善。